Unabhängig davon, ob die Saturnringe jung oder alt sind, können ihre Monde so alt sein wie der Planet selbst

Saturn ist vor allem für zwei Dinge bekannt: seine ikonischen Ringstrukturen und sein großes System natürlicher Satelliten. Derzeit wurden 146 Monde und Kleinstmonde entdeckt, die den beringten Riesen umkreisen, 24 davon sind reguläre Satelliten. Dazu gehören die sieben größten Monde Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Enceladus und Mimas, bei denen es sich um Eiskörper handelt, von denen angenommen wird, dass sie innere Ozeane haben.

Darüber hinaus gibt es ungeklärte Fragen zum Alter dieser Satelliten, wobei einige vermuten, dass sie erst vor kurzem entstanden sind (wie die Saturnringe, die einige hundert Millionen Jahre alt sind).

Um diese Fragen zu beantworten, erstellte ein internationales Team von Astronomen eine Reihe hochauflösender Simulationen in Verbindung mit verbesserten Schätzungen der Populationen transneptunischer Objekte (TNO).

Dies ermöglichte es ihnen, eine Chronologie der Einschläge für Saturns am stärksten mit Kratern übersäte reguläre Satelliten zu erstellen – Mimas, Enceladus, Tethys, Dione und Rhea. Damit wurden für alle fünf Monde Altersgrenzen von 4,1 und 4,4 Milliarden Jahren festgelegt, wobei die beiden innersten Monde jünger wirkten als die äußeren drei. Diese Ergebnisse könnten erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis der Entstehung und Gezeitenentwicklung von Monden im äußeren Sonnensystem haben.

Die Forschung wurde von Emily Wai Wong geleitet, einer Forscherin am Earth-Life Science Institute (ELSI) am Tokyo Institute of Technology. Zu ihr gesellten sich Ramon Brasser, ein außerordentlicher Professor am ELSI und dem Origins Research Institute am Forschungszentrum für Astronomie und Geowissenschaften (ORI-RCAES), sowie Stephanie C. Werner, die stellvertretende Direktorin des Center for Planetary Habitability (PHAB). an der Universität Oslo und die leitende Forschungswissenschaftlerin Michelle R. Kirchoff vom Southwest Research Institute (SwRI).

Ihr Artikel „Saturns alte reguläre Satelliten“ erschien in der Zeitschrift Ikarus.

Da noch keine Probenrückgabemissionen zum Saturnsystem geschickt wurden, ist es sehr schwierig, das genaue Alter seiner Satelliten zu ermitteln. Anstelle radiometrischer Datierungsproben wandten sich Wong und ihr Team der Erstellung einer Kraterchronologie dieser Satelliten zu.

Durch die Datierung von Einschlagskratern auf der Oberfläche können einige allgemeine Einschränkungen dafür aufgestellt werden, wie lange es diese Monde schon gibt. Der erste Schritt in diesem Prozess bestand darin, die Kraterbildungsraten im äußeren Sonnensystem zu modellieren, wo die Wanderung der Riesenplaneten zu Perioden der Bombardierung durch verschobene TNOs und andere Objekte führte.

In einem vorherige Studie, führten Wong und ihre Kollegen eine Zeitsimulation des äußeren Sonnensystems durch, beginnend mit dem Beginn der Riesenplanetenwanderung, die sie auf 4,5 Milliarden Jahre festlegten. Anschließend verwendeten sie prädiktive Monte-Carlo-Simulationen, um die erwartete Kraterdichte zu bestimmen, wobei sie von zwei unterschiedlichen Größen-Häufigkeitsverteilungen der TNOs ausgingen, die auf die Riesenplaneten und ihre Satelliten treffen. Diese wurden kombiniert, um das Oberflächenalter der am stärksten von Kratern übersäten Satelliten von Jupiter, Saturn und Uranus im Bereich von 3,8 bis 4,4 abzuleiten. Milliarden Jahre.

Leider litten diese und andere frühere Simulationen in den letzten 3,5 Milliarden Jahren unter einer schlechten Auflösung, da in ihren Simulationen nur eine begrenzte Anzahl von Planetesimalen vorkam. Dies verhinderte, dass sie das genaue Alter von Satelliten mit geringer Kraterdichte (wie Enceladus) ermitteln konnten, und das abgeleitete Alter zeigte erhebliche Unterschiede aufgrund der beiden unterschiedlichen TNO-Größen. Wie sie in ihrem Papier vermerken:

„In dieser Arbeit haben wir eine genauere Kraterchronologie der eisigen regulären Satelliten erhalten, die auf die gesamte Geschichte des Sonnensystems angewendet werden kann. Wir haben Modelloberflächenalter für diese Satelliten für verschiedene Kraterdurchmesser aus Altersisochronen berechnet, die den existierenden ähnlich sind.“ für den Mond und den Mars im inneren Sonnensystem. Wir haben diese neue Chronologie auf die inneren Saturnmonde angewendet, um genauere Modelloberflächenalter ihrer am dichtesten mit Kratern übersäten Oberflächen zu berechnen.“

Daraus berechneten sie das neue Alter der regulären Saturnmonde, die etwa 110 bis 300 Millionen Jahre älter waren als frühere Schätzungen von Wong und Kollegen. Die Altersschätzungen, die sie aus dieser Studie für die Kraterebenen auf Mimas und Enceladus erhielten, lagen bei 4,16 Ga bzw. 4,10 Ga, während die für Tethys, Dione und Rhea bei etwa 4,4 Ga lagen – mit Unsicherheiten von etwa 300 Millionen Jahren. Während sie schrieben, stellten sie bei diesen Schätzungen auch ein interessantes Muster fest:

„Unabhängig vom verwendeten Ansatz folgt das Oberflächenalter der Satelliten im Allgemeinen einem Muster zunehmenden Alters mit zunehmender Umlaufbahnentfernung, mit Ausnahme von Mimas und Enceladus: Diese beiden inneren und kleineren Satelliten sind umgekehrt und ihre Oberflächen sind etwa 200 Millionen Jahre jünger als diese.“ von Tethys, Dione und Rhea.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die regulären Satelliten des Saturn alt sind, was Auswirkungen auf ihre Entstehung und Gezeitenentwicklung hat. Die von ihnen verwendeten Techniken sind auch auf Satelliten von Jupiter, Uranus und möglicherweise Neptun anwendbar und ermöglichen es Astronomen, viel über die Entwicklung dieser Planeten, ihrer Satelliten und die Geschichte des Sonnensystems zu erfahren.